يعتبر مراقبة أولى المجرات في الكون، التي كانت موجودة عند فجر الكون، أحد الأهداف العلمية الرئيسية للمراصد الجديدة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي. كانت هذه الفترة، التي تشكلت فيها النجوم والمجرات والثقوب السوداء الأولى في كوننا، بين 50 مليون إلى مليار سنة بعد الانفجار العظيم. من خلال دراسة كيفية تكوين هذه المجرات وتطورها في الفترات الكونية الأولى، سيتمكن علماء الفلك من تكوين صورة كاملة عن كيفية تغير الكون مع مرور الوقت.
نتائج مدهشة من مراقبات تلسكوب جيمس ويب
كشفت نتائج مراقبات تلسكوب جيمس ويب لأبعد الأجرام عن بعض المفاجآت. بالإضافة إلى الكشف عن أن المجرات تكونت بسرعة في الكون المبكر، لاحظ علماء الفلك أيضًا أن هذه المجرات كانت تحتوي على ثقوب سوداء هائلة بشكل خاص في مراكزها. كان هذا محيرًا بشكل خاص، حيث وفقًا للنماذج التقليدية، لم يكن لهذه المجرات والثقوب السوداء الوقت الكافي لتتشكل. في دراسة حديثة، قام فريق بقيادة علماء الفلك من جامعة بنسلفانيا بتطوير نموذج يمكن أن يفسر كيف نمت الثقوب السوداء الهائلة بسرعة في الكون المبكر.
قيادة فريق البحث
قاد فريق البحث وي. نيل براندت، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة بنسلفانيا. وصفت أبحاثهم في ورقتين قدمتا في الاجتماع الـ 244 للجمعية الفلكية الأمريكية (AAS224)، الذي عُقد في الفترة من 9 إلى 13 يونيو في ماديسون، ويسكونسن. ظهرت الورقة الأولى، "تخطيط نمو الثقوب السوداء الهائلة كدالة لكتلة المجرة والانزياح الأحمر"، في 29 مارس في مجلة الفيزياء الفلكية، بينما الثانية قيد النشر. كان فان زو، طالب دراسات عليا في جامعة بنسلفانيا، المؤلف الرئيسي لكلا الورقتين.
نمو الثقوب السوداء الهائلة
تنمو الثقوب السوداء الهائلة من خلال قناتين رئيسيتين: بامتصاص الغاز البارد من مجرتهم المستضيفة أو الاندماج مع ثقوب سوداء هائلة أخرى. عند امتصاص الغاز، أظهرت الأبحاث السابقة أن معدل امتصاص الثقب الأسود (BHAR) مرتبط بشكل قوي بكتلة النجوم في مجرته والانزياح الأحمر لكتلته النجمية العامة. "الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات تحتوي على كتلة تصل إلى مليارات المرات من كتلة الشمس"، أوضح زو في بيان صحفي حديث من ناسا. "كيف تصبح هذه الثقوب بهذا الحجم؟ هذا سؤال يدرسه علماء الفلك منذ عقود، ولكن كان من الصعب تتبع جميع طرق نمو الثقوب السوداء بشكل موثوق."
بيانات الدراسة
اعتمد الفريق على بيانات مسح السماء بالأشعة السينية من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا، ومهمة نيوتن للأشعة السينية متعددة المرايا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (XMM-Newton)، وتلسكوب eROSITA التابع لمعهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض. قاموا بقياس النمو المدفوع بالامتصاص في عينة من 8000 نواة مجرية نشطة (AGNs) تقع في 1.3 مليون مجرة. تم دمج هذه البيانات مع محاكاة IllustrisTNG، وهي مجموعة من المحاكاة الكونية التي تصف تشكيل وتطور واندماج المجرات من فجر الكون إلى الوقت الحاضر.
نتائج الدراسة
تشير النتائج إلى أن الثقوب السوداء الهائلة من جميع الكتل نمت بسرعة أكبر عندما كان الكون أصغر سنًا، وأن الامتصاص كان المحرك الرئيسي لنمو الثقوب السوداء في معظم الحالات. كما أشاروا إلى أن الاندماجات أسهمت بشكل ثانوي ملحوظ، خاصةً بالنسبة لأكبر الثقوب السوداء الهائلة خلال الـ 5 مليارات سنة الماضية. هذا يشير إلى أن الثقوب السوداء الهائلة الجديدة استمرت في الظهور خلال الكون المبكر، ولكن عملية التكوين كانت قد استقرت بحلول 7 مليارات سنة مضت.
فريق البحث الدولي
بالإضافة إلى زو وبراندت، شمل الفريق الدولي باحثين من معهد الجاذبية والكونيات وأقسام الفيزياء والإحصاء والفلك والفيزياء الفلكية في جامعة بنسلفانيا. كما شمل الفريق باحثين من جامعة ميشيغان، وجامعة نانجينغ في الصين، وجامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، ومعهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض، وجامعة جرونينجن في هولندا.
